引言
可穿戴电子产品随着物联网市场的快速增长无处不在,这些产品需要电源支撑,因此能够连续工作且能够机械地适应动态人机界面的电池成为研究的热点。与许多需要定期充电的电源,包括电容器、太阳能电池和锂电池相比,半导体热电发电机和热电池在通过持续收集低品位热能提供可持续电力方面具有优势。但是,无机半导体热电发电机的潜在毒性、机械脆性和合成难度阻碍了其在可穿戴电子系统中的应用。液态热电池因其生态友好、可塑形液态电解质和相对较高的热功率(塞贝克系数)的特性有望成为物联网时代新型电源的候选产品。但一些有机固态离子热电材料则主要受限于功率密度低和力学脆弱的缺点。
东华大学武培怡教授团队受生物组织中拓扑纠缠多网络的启发,自主开发双交联网络结构,解决当前准固态热电池中的机械性能不足及热电性弱的问题。第一网络结构增大热功率且拉伸卷曲链,为第二网络提供支撑。第二柔性网络结构与第一网络相辅相成,用以增加其机械性能。目前所知,这是第一代可拉伸和坚韧的准固态热电池。
过程
图2. 离子热电池的热电性能评估。
不同于此前类似果冻易碎的有机离子热电材料,这一双网络离子热电池具有强韧的力学性能,可以媲美软骨的韧性。一片3mm厚度、5 mm宽度的材料可以直接提起一袋1.5 公斤的橘子。
图3. 离子热电池的力学性能和综合性能评估。
图4. 离子热电池的在变形过程中输出的电压、电流和功率评估。
图5. 离子热电池持续供电的示意效果。
总结
原文链接:
https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(21)00291-9